材料科學(xué)基礎(chǔ) 第三章 晶體缺陷(六)

第三章晶體缺陷

（六）

——實際晶體結(jié)構(gòu)中的位錯煙臺大學(xué)秦連杰E-mail：lianjieqin@126.com已知為使位錯自身能量最低，大多數(shù)晶體中的全位錯的柏氏矢量是最短的平移矢量，如，簡單立方為a<100>，面心立方為a<110>/2，體心立方的a<111>/2，密排六方的a<1120>/3。六、實際晶體結(jié)構(gòu)中的位錯問題：位錯都以密排方向的平移矢量存在嗎?若柏氏矢量不是晶體的平移矢量，當(dāng)這種位錯掃過后，位錯掃過的面兩側(cè)必出現(xiàn)錯誤的堆垛，稱堆垛層錯。若這些錯排不導(dǎo)致增加很多能量，則這種位錯是可能存在的，稱部分位錯(不全位錯)伴隨的新現(xiàn)象：1)部分位錯必伴隨有層錯，即部分位錯線是層錯的邊界線。

2)形成層錯時幾乎不產(chǎn)生點陣畸變，但它也能破壞晶體的完整性和正常的周期性。六、實際晶體結(jié)構(gòu)中的錯位1、實際晶體中位錯的伯氏矢量實際晶體中位錯的伯氏矢量不是任意的，必須符合晶體的結(jié)構(gòu)條件和能量條件結(jié)構(gòu)條件：伯氏矢量大小與方向，必須連接一個原子平衡位置到另一個原子平衡位置能量條件：位錯能量E∝b2,伯氏矢量越小越穩(wěn)定基本概念：單位位錯(dislocation):

全位錯(perfectdislocation):

不全位錯(部分位錯partialdislocation)六、實際晶體結(jié)構(gòu)中的位錯單位位錯：伯氏矢量等于單位點陣矢量的位錯典型晶體結(jié)構(gòu)中單位位錯的伯氏矢量全錯位全位錯（Perfectdislocation）：伯氏矢量等于點陣矢量的位錯全位錯的柏氏矢量是<110>/2。這個刃位錯的半原子面是（110）面，在a[110]/2間隔內(nèi)含有2層（110）面。在（111）面上看，這兩層半原子面表現(xiàn)為彎曲的原子列。若全位錯向左移動，則圖中上層原子（深藍圓）向右滑動，滑動的距離為[110]/2,即從△位置到相鄰的△位置，相鄰2層半原子面向左移動。全位錯不全位錯把伯氏矢量不等于點陣矢量的位錯稱為“不全位錯”，或稱為“部分位錯”

2.

堆垛層錯正常堆垛順序FCC：ABCABC······HCP：ABABAB······堆垛層錯（stackingfault）：上述正常堆垛順序遭到破壞或錯排，有兩類：

（1）抽出型層錯

（2）插入型層錯FCCHCP金屬面心立方最密堆積(A1)和六方最密堆積(A3)ABAABCAATOMICPACKING第一層{111}面上有兩個可堆放的位置：△和▽位置。在第二層只能放在一種位置，在面上每個球和下層3個球相切。也和上層3個球相切第一層為A，第二層放在B位置，第三層放在C位置，第四層在放回A位置。{111}面…ABCABC…順序排列，這就形成面心立方結(jié)構(gòu)。ABCABCABC…AB，BC，CA………密排六方結(jié)構(gòu)：……面心立方晶體：……ABABAB…BA，AC，CB………抽出型層錯ABCBCA…………插入型層錯ABCBABCA…………面心立方晶體：……密排六方結(jié)構(gòu)：……抽出型層錯BABACBAC…………插入型層錯BABACBCB…………堆垛層錯能(J/m2)堆垛層錯能：為產(chǎn)生單位面積層錯所需的能量。

(1)Shockley不全位錯

(Shockieypartialdislocation):

伯氏矢量：

肖克利不全位錯的形成：原子運動導(dǎo)致局部錯排，錯排區(qū)與完整晶格區(qū)的邊界線即為肖克利不全位錯。（結(jié)合位錯反應(yīng)理解?？蔀槿行汀⒙菪突蚧旌闲臀诲e。）3.不全位錯：伯氏矢量小于點陣矢量的位錯ACB全位錯的滑移分為兩步：FCC{111}<112>

未滑已滑肖克利不全位錯特點：（1）根據(jù)其伯氏矢量與位錯線的夾角關(guān)系，它既可以是純?nèi)行停部梢允羌兟菪突蚧旌闲?。?）肖克利不全位錯可以在其所在的{111}面上滑移，滑移的結(jié)果使層錯擴大或縮小。(3)但是，即使是純?nèi)行偷男た死蝗诲e也不能攀移，這是因為它有確定的層錯相聯(lián)，若進行攀移，勢必離開此層錯面，故不可能進行。(2)Frank不全位錯

(Frankpartialdislocation):

負(fù)Frank不全位錯—抽出型正Frank不全位錯—插入型

b

=a/3<111>，純?nèi)行停鲜噶看怪庇趯渝e面弗蘭克不全位錯的形成：在完整晶體中局部抽出或插入一層原子所形成。（只能攀移，不能滑移。）

抽去一層密排面形成的弗蘭克不全位錯Negative（負(fù)）Frankpositive

Frankintrinsicstackingfaultextrinsicstackingfault內(nèi)在

4.位錯反應(yīng)(dislocationreaction)：

位錯間的相互轉(zhuǎn)化(合成或分解)過程。位錯反應(yīng)滿足條件：

(1)幾何條件伯氏矢量守恒性，即：(2)能量條件反應(yīng)過程能量降低即：4.位錯反應(yīng)

(1)Thompson四面體Thompson’stetrahedron

利用Thompson四面體可確定FCC結(jié)構(gòu)中的位錯反應(yīng)。5.FCC晶體中的位錯四面體的4個面即為4個可能的滑移面：四面體的6個棱邊代表12個晶向，即為面心立方晶體中全位錯12個可能的伯氏矢量。每個面的頂點與其中心的連線代表24個1/6＜112＞型的滑移矢量，它們相當(dāng)于面心立方晶體中可能的24個肖克利不全位錯的伯氏矢量。

4個頂點到它所對的三角形中點的連線代表8個1/3＜111＞型的滑移矢量，它們相當(dāng)于面心立方晶體中可能有的8個弗蘭克不全位錯的伯氏矢量。4個面中心相連即，，，，，為1/6＜110＞是壓桿位錯Thompson四面體及記號擴展位錯：

(2)擴展位錯(extended/splitdislocation)：

BBC擴展位錯：一對不全位錯及中間夾的層錯ExtendeddislocationAAAAACBABBbb1b2unslippedunfaultedslipped(faulted)zonesIIIIII把一個全位錯分解為兩個不全位錯，中間夾著一個堆垛層錯的整個位錯組態(tài)稱為擴展位錯面心立方晶體中(111)面上全位錯a/2[110]的分解a：擴展位錯的寬度從前面已知，兩個平行不全位錯之間的斥力為當(dāng)層錯的表面張力與不全位錯的斥力達到平衡時，兩不全位錯的間距r即為擴展位錯的寬度d，r為兩不全位錯的間距面心立方晶體中的擴展位錯b：擴展位錯的束集：外力作用下收縮為原來全位錯的過程。面心立方晶體中的擴展位錯擴展位錯在障礙處束集c：擴展位錯的交滑移：擴展位錯（原滑移面）→束集→全螺位錯→轉(zhuǎn)移分解→擴展位錯（另一滑移面）擴展位錯的交滑移過程（3）位錯網(wǎng)絡(luò)Dislocationnetwork實際晶體中存在幾個b位錯時會組成二維或三維的位錯網(wǎng)絡(luò)（4）面角（Lomer－Cottrell）位錯：

兩全位錯，在外力作用下滑移后：

[1]在兩個面交線發(fā)生反應(yīng)進行洛瑪反應(yīng)

[2]在各自面分解

形成擴展位錯

[3]兩擴展位錯移動反應(yīng)形成壓桿位錯。

結(jié)果在兩個{111}面之間的面角上,形成由三個不全位錯和兩個層錯所構(gòu)成的組態(tài),稱為Lomer—Cottrel位錯，又稱面角位錯。CA=C+ADC=D+C該擴展位錯在各自的滑移面上相向移動，當(dāng)擴展位錯中的一個不全位錯到達交線BC時，發(fā)生位錯反應(yīng)：C+C新位錯1/6[110]的伯氏矢量在（001）面上，滑移面是（001），因此是固定的純?nèi)行臀诲e。另外，它還帶著兩片分別位于（111）和（11－1）面上的層錯以及兩個不全位錯，在兩個（111）面的面角上，這種